變電站智能運檢關鍵技術及應用

汪 洋，劉 帆，汪 濤，曾 國，張 海，何育勇，陳 雋，謝齊家，吳傳奇

（1.國網湖北省電力公司，湖北 武漢430077；2.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢430077；3.國網湖北省電力公司黃石供電公司，湖北 黃石 435000）

0 引言

“十三五”期間，電網規模將迎來爆發式增長，電網運行安全性要求也越來越高，依靠人力為主的傳統運維檢修模式導致運維能力提升有限，已經無法滿足迅猛增長的電網運維工作需求；同時傳統的運維檢修模式無法實現資源的優化配置，運檢資源分配隨意性較大，制約了運檢效率的進一步提高。通過現代科技提升變電站運檢智能化水平[1]，可有效提升設備可靠性和提高勞動生產率，是提高電網安全穩定和緩解人力資源緊張的有效手段。

當前智能運檢技術還未形成統一標準[2]，各地所采用的技術存在過于超前無法落地應用或過于落后效果欠佳的現狀，本文在深入分析當前運檢技術的基礎上，提出了適合于當前工業發展水平的智能運檢模式，并解決了其中的幾個核心問題，形成了成熟的解決方案，即采用移動作業和巡視機器人提高巡視智能化水平，采用在線監測技術提高設備狀態監測智能化水平，采用遠方順控操作提高操作智能化水平，采用檢修機器人提高檢修智能化水平。實際應用效果表明，本文提出的智能運檢方案，能有效提升設備狀態掌控水平，提高電網安全穩定性，同時也能大幅提高現有勞動生產率，緩解生產部門人員緊張和任務繁重的現狀，具有重要的理論意義和工程價值。

1 操作智能化

采用遠方順控技術提高變電站設備操作的智能化水平，可一鍵化實現多個操作，在國內外首次采用壓力傳感技術實現隔離開關分合閘位置的“雙確認”，同時實現了操作票的模塊化編輯。

1.1 隔離開關分合閘狀態的“雙確認”

敞開式隔離開關在操作過程中的可靠性相比短路器要低，進行操作時需要操作人員到現場核實隔離開關的真實位置，工作量較大，采用“雙確認”技術可提高對隔離開關位置狀態判斷的準確性，從而代替操作人員到現場核實隔離開關位置。

隔離開關的分合閘狀態，通常一路信號來自后臺遙信信號（來源于輔助開關），另一路信號可通過在斷路器或刀閘傳動機構上安裝微動開關來獲取，這種“雙確認”技術已應用較多，但在刀閘傳動機構上安裝微動開關仍然屬于間接判斷刀閘分合閘位置，不滿足安規關于兩路信號應該非同源的要求，本文研究刀閘分合閘狀態的直接檢測方法，即在觸頭位置安裝壓力傳感器測量合閘時的壓力，通過壓力來直接反映隔離開關的分合閘狀態（見圖1）。壓力傳感器同時具有溫度測量功能，可用于觸頭溫度的在線監測。

圖1 隔離開關分合閘位置監測Fig.1 Position monitoring for disconnector

1.2 順控方案

采取在調度控制中心實現順控操作的方案：在控制系統中增加一個順控模塊，當需要進行遠方順控操作時，順控模塊調取站端存儲的常用操作票，實現一鍵化操作，一次性完成多個操作步驟[3](見圖2)。

對于常用操作票可固化在系統中，同時也可自行選擇各種操作組合成所需要的操作票，操作前能夠實現操作過程的自動模擬和五防的校驗。

圖2 順控操作界面Fig.2 Interface of sequential control software

2 巡視智能化

2.1 巡視機器人

采用智能巡視機器人(見圖3)提高巡視的智能化水平[4]，可代替大部分人工巡視工作量，主要具有以下功能：

（1）具備可見光探頭，能夠進行可見光視頻錄制和傳輸，同時具有智能識別系統，能夠識別表計讀數、刀閘實際位置等；

（2）具備紅外探頭，能夠實現設備的紅外測溫及過熱報警；

（3）自動定位功能，根據需求到達指定位置，如在斷路器操作時自動到達相應位置進行監視；

（4）具備聲音識別功能，能夠識別設備異常聲響。

圖3 智能巡視機器人Fig.3 Smart inspector robot

2.2 手持智能巡檢儀

研發了手持智能巡檢儀（見圖4），實現了人工特殊巡視和帶電檢測工作的智能化[5]，主要具有以下功能：

（1）具備與國網PMS2.0通信權限；

（2）可與紅外成像測溫、開關柜局放等帶電檢測裝置實現無縫連接，通過無線網絡將帶電檢測數據傳輸至內網智能運檢系統，減少人工錄入工作量；

（3）內預置標準數據記錄模板，方便記錄巡視數據；

（4）可與紅外鏡頭高度融合，實現紅外成像溫儀的小型化。

圖4 手持智能巡檢儀架構Fig.4 Framework of handheld smart inspector instrument

3 監測智能化

3.1 在線監測裝置

選取目前主流的在線監測技術[6]，包括紅外在線測溫、變壓器油中溶解氣體在線監測、變壓器局部放電在線監測、變壓器鐵芯電流在線監測、變壓器分接開關在線監測、隔離開關觸頭壓力及溫度在線監測、開關柜內部在線測溫、開關柜局部放電在線監測、避雷器在線監測、互感器在線監測、二次壓板在線監測等，將檢測數據集中傳輸至運檢數據智能處理系統，采用數據挖掘、模式識別等人工智能算法開展對監測數據的分析，增強在線監測設備發現缺陷的能力，同時將發現的缺陷通過消息推送的方式發送至運維人員手中的智能終端上，實現狀態監測的智能化。

3.2 大數據平臺

研發了變電智能運檢大數據平臺[7]，實現運檢數據分析、預警的智能化（見圖5、圖6），具體功能如下：

（1）在運行、巡視、監測、檢修和帶電檢測過程中產生的大量數據匯集至該系統，結合變電站三維模型直觀、全面地進行展示；

（2）具備大數據分析功能，能夠人工智能技術開展對數據的分析，預測潛在的缺陷；

（3）可向運維人員手持智能移動終端發送預警信息，同時也可通過手持智能終端訪問系統數據。

圖5 大數據平臺數據源Fig.5 Data source of big data platform

圖6 數據的三維可視化展示Fig.6 3D visualization display of data

4 檢修智能化

4.1 帶電檢修機器人

研發了帶電檢修機器人（見圖7）[8]，帶電檢修機器人具有如下功能：

圖7 帶電檢修機器人Fig.7 Design drawing of live-overhaul robot

（1）可夾持帶電作業工具(如遙控扳手、斷線鉗、壓接鉗等)，進入狹小空間進行安裝、拆卸連接件，安裝引線等帶電作業任務；

（2）絕緣機械臂可夾持檢測設備進入狹小空間在線檢測(如局部放電檢測、絕緣子探傷、攝像頭等)；

（3）可開展絕緣子清掃、噴涂RTV、憎水性檢測等帶電作業工作。

4.2 自愈式發熱缺陷處理

開展了記憶合金墊片應用研究[9]，在以螺栓連接的高壓導體部位，采用記憶合金制成的螺栓墊片(形變溫度為60℃)，該墊片具有隨溫度變形的特性，當連接部位發熱導致溫度升高時，墊片變形彎曲，導致螺栓壓緊力增大，接觸電阻減小，發熱量減小，溫度降低（見圖8、圖9）。

圖8 記憶合金墊片形狀（原始、緊固后、發熱后）Fig.8 Shape of memory alloy gasket(original,after fastening,after heat)

圖9 記憶合金墊片安裝位置Fig.9 Installation position of memory alloy

5 應用效果

通過開展研究和應用，可初步實現變電站巡視智能化、操作智能化、監測智能化、檢修智能化及數據分析智能化，以此推進智能運檢技術對生產的促進和提升作用，項目的落地將大大提升設備狀態監測水平，增強設備缺陷和故障的預判、預知、預警、預控能力，提高電網安全穩定性，同時也將提高現有勞動生產率，緩解生產部門人員緊張和任務繁重的現狀。

（1）提高設備可控、在控能力

采用設備狀態智能監測及數據智能分析技術，增強了提前發現設備缺陷的能力，減小了設備故障對電網運行穩定性的影響；采用帶電檢修機器人和發熱缺陷自愈處理技術，以前需要停電處理的缺陷可以進行帶電處理，對于單個缺陷，根據其處理復雜程度，可以減少停電時間數小時至數天。

（2）提升工作效率，減少運維成本

采用遠方順控技術將大幅提升勞動效率，如涉及3個及以上變電站的倒閘操作時，采用現場操作方式約需3臺車、3個司機、6個操巡隊員，路上需耗費大量時間，實施遠方順控操作，人員不需要到現場，大大減少了操巡人員工作量，節省了人力、物力、財力；采用巡視機器人，可代替日常人工巡視任務，減少了人工及運維成本。

5 結論

本文提出的變電智能運檢模式，緊密貼合生產一線需求，采用了大量現代科技手段，并研究解決了核心關鍵技術，對提升設備狀態掌控水平、提高電網安全穩定性和大幅提高現有勞動生產率具有重要的理論意義和工程價值。

（References）

[1]劉兆燕,張璞,劉慶時,等.未來科技城智能電網總體方案研究[J].電氣應用,2013(S1):134-137.LIU Zhaoyan,ZHANG Pu,LIU Qingshi,et al.Research on general planning of future technology city power grid[J].Electric Apply,2013(S1):134-137.

[2]劉濤,代曙光.輸電線路智能運檢工作平臺研究[J].機電信息,2012(15):16-17.LIU Tao,DAI Shuguang.Smart platform for maintenance and overhaul of electrical transmission line[J].Electromechanical Information,2012(15):16-17.

[3]湯國文,黃景婧,張燦峰,等.智能變電站順控操作邏輯編制應用探討[J].無線互聯科技,2015(23):137-139.TANG Guowen,HUANG Jingjing,ZHANG Canfeng,et al.Discussion on the application of intelligent substation control operation logic[J].Wireless Internet Technology,2015(23):137-139.

[4]毛強.智能機器人在變電站中的應用[J].中國高新技術企業，2013(32)：42-43．MAO Qiang.Apply of smart robot in substation[J].High and New Technology of China,2013(32):42-43.

[5]馮偉東.基于物聯網射頻技術的電網移動巡檢作業關鍵技術研究[J].電氣應用，2013(S2)：311-315.FENG Weidong.Research on key technology of mobile operation for power gird based on radio-frequency technique of things internet[J].Electric Apply,2013(S2):311-315.

[6]曲朝陽,熊澤宇,顏佳,等.基于Spark的電力設備在線監測數據可視化方法[J].電工電能新技術,2016,35(11):72-80.QU Chaoyang,XIONG Zeyu,YAN Jia,et al.Data visualization for online monitoring of power equipment based on spark[J].New Technology of Electric and Power,2016,35(11):72-80.

[7]方巍,鄭玉,徐江.大數據：概念、技術及應用研究綜述[J].南京信息工程大學學報：自然科學版，2014,6(5):405-419.FANG Wei,ZHENG Yu,XU Jiang.Big data:conceptions，key technologies and application[J].Journal of Nanjing University of Information Science&Technology:Natural Science Edition, 2014,6(5)：405-419.

[8]鄭盼龍,遲冬祥.電力系統中機器人的研究現狀與展望[J].上海電機學院學報,2013,16(6):347-353.ZHENG Panlong,CHI Dongxiang.Research status and prospect of robots for electrical power systems[J].Journal of Shanghai Dianji University,2013,16(6):347-353.

[9]陳天翔,方曉臨,蘇曉藝,等.記憶合金墊片在電力設備安全和節能中的應用試驗研究[J].武漢大學學報:工學版,2014,47(4):494-497.CHEN Tianxiang,FANG Xiaolin,SU Xiaoyi,et al.Experimental research on application of memory alloy spacer to power device security and energy saving[J].Engineering Journal of Wuhan University,2014,47(4):494-497.